袁　芬　任志民

摘要：本文根據(jù)熱帶型旋轉電機環(huán)境技術要求、電工電子產品基本環(huán)境試驗規(guī)程、旋轉電機外殼防護等級以及其他相關的國家標準，結合目前氣候變化與自然災害發(fā)生的情況以及旋轉電機產品開發(fā)的實際情況，簡要介紹了國內有關電機制造廠家的旋轉電機在適應濕熱帶型氣候與應用環(huán)境方面取得的經驗，指出了在濕熱帶型氣候條件下旋轉電機在溫升限制、絕緣性能、雷電防護、防潮、防銹、防鹽霧、防震動、貯存等方面存在的問題，提出了在適應自然氣候變化與復雜的應用環(huán)境條件下旋轉電機在設計、制造、貯存、運輸、應用、維護過程中應注意的問題和采取的措施。

關鍵詞：旋轉電機 應用環(huán)境 技術要求

引言

在國民經濟生產中，電機工業(yè)是機械工業(yè)的一個重要組成部分。電機是機電一體化中機與電相結合的產物，是機電一體化產業(yè)的重要支柱，電機可稱為電氣化領域的心臟。電機對機械工業(yè)的發(fā)展起著重要的支撐作用，并隨著我國機械工業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代科學技術的進步而不斷向前發(fā)展。

在電機工業(yè)領域，產量最大的旋轉電機在機械、冶金、化工、國防、航天航空、現(xiàn)代化農業(yè)、交通運輸、家用電器、醫(yī)療器械以及其它領域的應用十分廣泛。無論是作為機電能量轉換設備和動力傳輸部件，還是作為現(xiàn)代控制技術領域中的被控制對象，旋轉電機產品的質量與性能越來越受到生產廠商與用戶的重視。隨著旋轉電機應用范圍的日益寬廣，旋轉電機應用的環(huán)境也更加廣泛。然而，進入21世紀以來，氣候——這一最大的影響地球與人類環(huán)境的自然條件卻發(fā)生了顯現(xiàn)的變化，它已影響到了整個生物與非生物的適應性。作為人類工業(yè)進步產物的旋轉電機，也必須適應日益變化劇烈的氣候與地理環(huán)境。從狹義的意義上講，旋轉電機的應用環(huán)境條件已是電機設計過程中輸入評審必須考慮的因數(shù)，或者說是用戶的一項基本要求，必須引起電機設計者及工藝技術人員的高度重視。

我國幅員遼闊，氣候與地理條件南北迥異，東西差別懸殊。今年初發(fā)生在我國華東華南地區(qū)的冰凍自然災害，就是氣候變化顯現(xiàn)的突出例證；而五月中旬發(fā)生的紋川大地震，則是極端自然災害的典型。本文就潮濕熱帶型氣候環(huán)境對旋轉電機性能的影響作出分析，并對旋轉電機如何適應濕熱帶型氣候與應用環(huán)境、如何應對極端氣候變化與自然災害等方面想作一些研究和探索。

1.國內有關廠家對電機適應多氣候環(huán)境條件的經驗

早在20世紀70年代初，我國的幾個大型電機制造廠就已開始進行電機適應多氣候應用環(huán)境條件的研究。1973年4月，為提高援外出口電機產品質量，由哈爾濱大電機研究所、廣州電科所、哈爾濱、上海、東方、北京重型電機廠等單位組成聯(lián)合調查組，對海南、廣東、福建、上海等濕熱帶地區(qū)共20個單位的120臺大型電機實際運行情況進行了調查，總結了以下幾個方面的問題：

1.1濕熱帶地區(qū)的環(huán)境氣候條件及其對電機運行的影響。

當環(huán)境溫度達到40℃以上時，電機冷卻的進風溫度也超過了40℃，從而導致電機的溫升超限。

熱帶氣候條件下，蛇鼠蟲害對電機或機組的影響嚴重，如老鼠咬壞繞組絕緣；長蛇堵塞冷卻通風或冷卻水管道；小鳥、壁虎在電機內部安家落戶等。

雷電活動頻繁，強度大，有的地區(qū)在春夏秋3個季節(jié)都有雷電活動，曾造成電機匝間絕緣擊穿甚至人身傷害事故。

1.2濕熱帶環(huán)境氣候條件對電機的絕緣有顯著的影響。

由于濕熱帶的空氣濕度大，特別是斷續(xù)運行的電機，停機后其絕緣極易受潮，電氣性能迅速下降，繞組的絕緣電阻有時僅為正常值的1%甚至為零，有個別用戶因沒有采取適當?shù)奶幚泶胧斐呻姍C相間短路、接地等事故。無論電機采取哪種防護類型、絕緣結構，使用哪種絕緣材料或工藝，濕熱帶環(huán)境氣候條件對電機絕緣都有不同程度的影響。

1.3濕熱帶環(huán)境氣候條件對電機金屬表面防護層的影響。

在高濕熱（溫度高于35℃，相對濕度大于70%）地區(qū)，電機上的一般鍍件都產生了銹蝕，若還有鹽霧，則環(huán)境條件就更加惡劣，不但造成普遍的金屬腐蝕現(xiàn)象，油漆涂層老化開裂脫落，而且鋁質銘牌腐蝕，轉子鐵心表面絕大部分生銹。

1.4包裝、運輸和儲存問題。

電機的包裝若不嚴密或遮蓋物的防水防潮性能差，在運輸過程中若遭遇風雨襲擊即有可能使電機經受雨淋或受潮；電機在包裝箱內若固定的不牢固或固定的方法有缺陷，在運輸和裝卸過程中有時就發(fā)生零部件磕碰傷或脫落；在儲存過程中，電機有時還發(fā)生霉變現(xiàn)象。

2.國家和部頒標準中的旋轉電機環(huán)境技術要求

隨著我國科技的進步和標準化工作的深入，國家行業(yè)歸口管理部門對電工電子產品和機械工業(yè)產品都制定了相應的環(huán)境應用條件標準和試驗規(guī)程。例如:

GB/T4796 電工電子產品環(huán)境參數(shù)分類及其嚴酷程度分級；

GB4797和GB4798分別為電工電子產品自然環(huán)境條件和應用環(huán)境條件；

GB2421～2424 電工電子產品基本環(huán)境試驗規(guī)程；

GB/T12351熱帶型旋轉電機環(huán)境技術要求。

而JB2420、JB842、JB4159則分別為原機械工業(yè)部頒布的戶外防腐電工產品的涂漆、熱帶電工產品包裝技術條件、熱帶電工產品通用技術條件。

在GB/T12351熱帶型旋轉電機環(huán)境技術要求中，將電機氣候防護類型分為干熱、濕熱、熱帶型3種；將電機的使用環(huán)境條件分為氣候、特殊氣候、生物、化學活性物質、機械活性物質和機械環(huán)境條件6類；將電機的使用場所分為有氣候防護和無氣候防護2大類，同時將環(huán)境條件進行了具體的參數(shù)化等級分類。

在GB/T12351的技術要求中，有以下特別內容：

（1）對電機的溫升作出了具體的限值，例如要求電機各部分的溫升以GB755或GB5175的限值為基準而下降5K～20K。

（2）電機按GB2423在40℃下進行交變濕熱試驗后，對繞組的對地絕緣電阻及繞組之間的絕緣電阻作出了具體限值；對大型電機，允許以同結構、同材料和同工藝的零部件進行交變濕熱試驗，然后折算到整機的絕緣電阻。這些零部件主要是，直流電機的磁極裝配、換向極裝配、刷架裝配、電樞繞組、補償繞組、串勵繞組，交流電機的刷架裝配、集電環(huán)、轉子繞組、磁極裝配或磁極線圈、定子繞組；同時對耐電壓試驗值、電機的電鍍件和化學表面處理件的外觀、電機表面油漆的顏色、外觀及附著力檢測作出了具體規(guī)定；對潤滑油脂提出了耐熱、耐潮濕性能要求。

（3）濕熱型和熱帶電機按GB2423規(guī)定進行長霉試驗后，長霉面積最大不超過50%；

（4）電機的電鍍件和化學處理件按GB2423規(guī)定進行鹽霧試驗后，應不產生銹蝕；

（5）電機應進行外殼防護試驗、防塵試驗、防水試驗；

（6）電機安裝防潮電加熱器的有關規(guī)定。

在GB12351中，規(guī)定交變濕熱試驗、長霉試驗、鹽霧實驗和外殼防護試驗等人工環(huán)境模擬試驗均為電機型式試驗項目，要求在普通型電機型式試驗項目合格后進行。

3.特種電機在環(huán)境技術要求方面已取得的經驗

油田電機與風力發(fā)電機作為規(guī)定用途電機或特殊用途電機一經問世就得以廣泛應用，其產品在適應環(huán)境技術要求的設計與工藝方面已取得了一些經驗，如：電機安裝電加熱器；選用合適的電機外表面油漆與涂漆工藝；應用具有鋅鉻涂層的緊固連接件、刷架和滑環(huán)；對某些電機的鐵心表面刷涂防銹涂層；某些電機的風機加裝濾砂裝置；對某些電機的零部件進行交變濕熱試驗；采取了較為合理的包裝、運輸和儲存措施等。電機的技術含量與附加值的日漸提高，為電機應對極端氣候變化或自然災害作了必要的技術準備。

但是旋轉電機在其設計與工藝的某些方面，還有待進一步提高。例如大部分電機不裝備獨立的雷電接地保護裝置；電機的防震措施不夠完善，有的電機的集電環(huán)連線斷裂或由于震動摩擦導致繞組間絕緣層損傷發(fā)生短路；鼠籠式異步電動機的端環(huán)、護環(huán)和導條的材料選用混雜：有的電機的端環(huán)有用鍛純銅，有的則用無氧銅，有用銅合金；有的電機的護環(huán)用50MN18CR4WN護環(huán)鋼，有的則用銅合金，還有的用無緯帶綁扎箍環(huán)；有的電機的導條用專用銅合金，有的則用黃銅，這些問題的產生不僅影響到電機的性能與可靠性，同時在一定程度上也影響了旋轉電機系列化、模塊化、于標準化的技術發(fā)展趨勢。

4.幾點建議

（1）由于GB/T12351對熱帶型電機的溫升作出了具體的更嚴格的限值，產品開發(fā)人員在電機設計時應引起足夠的重視，特別是當用戶明確提出應用環(huán)境條件與電機的溫升要求時。

（2）因為對大型電機，GB/T12351 允許以同結構、同材料和同工藝的零部件進行交變濕熱試驗，所以在新產品開發(fā)前，要進行研究性試驗。

（3）在保證鼠籠式電機性能的前提下，可應用無護環(huán)的轉子結構，節(jié)約成本，簡化制造工藝；當采用護環(huán)時，應盡可能選用高強度、耐腐蝕材料，如護環(huán)鋼或無緯帶。

（4）高度重視惡劣氣候環(huán)境條件下電機的可靠性，充分考慮到我國南方沿海地區(qū)以及國外類似地區(qū)的熱帶風暴對電機性能的影響因素，進一步開展電機產品開發(fā)前期的研究性試驗，如進行外殼防護試驗，為端蓋、蓋板、網罩等的防塵、防水要求提供結構和設計參數(shù)；再如，進行長霉試驗，驗證電機的防霉變能力。

（5）建議海洋用油田鉆井電機通過海路運輸或存儲時，采用涂刷防銹脂、包氣相防銹紙、外包塑料薄膜、薄膜接縫處再防銹脂的電機包裝結構，避免運輸過程中電機的銹蝕與霉變。

（6）除電氣系統(tǒng)之外，電機加裝獨立的雷電接地保護裝置；對露天運行的電機近可能修建簡易的防護場所。

（7）電機的結構設計方面，加強集電環(huán)與繞組端部的防震與絕緣措施，提高電機的可靠性。

（8）選擇合理的支撐固定和綁扎方法，設計合理的包裝箱裝載電機，避免電機在運輸中的發(fā)生較大的振動，選擇理想安全的場所貯存電機。

（9）建議電機用戶確實按照電機應用與維護說明書來維護電機，盡可能避免使用不符合要求的零部件來維修電機?！?/p>

參考文獻：

[1]邢作霞，鄭瓊林，姚興佳.近海風力發(fā)電機的現(xiàn)狀及展望[J].電機與控制應用，2005，32（9）：55～60.

[2]哈爾濱電機廠，援外濕熱帶電機金屬零部件“三防”試驗[J].大電機技術，1974，2：53～65.

[3] 濕熱帶地區(qū)大型電機運行情況的調查組，我國濕熱帶地區(qū)大型電機運行情況的調查[J].大電機技術，1974，1，82～86.

[4] 何定賢，劉憬奇，姚鵬，等.中小型電機技術發(fā)展趨勢[J]. 電機與控制應用，2007，34（8）：1～5，35～35.

作者簡介：

袁芬（1963-），女，浙江杭州人，高級工程師，研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化。

任志民（1965-），男， 山西垣曲人，高級工程師，研究方向為電力牽引與傳動控制。